(57)【要約】      （修正有）【課題】  特定の構造に制限されること無く、導通処理の対象とする任意のスルーホール全てについて均一な導通処理を行なうことができ、表面の凹凸や内部のボイドが発生することなく、既存設備を活用して簡便かつ短時間で低コストの導通処理を可能とした半導体パッケージの製造方法を提供する。【解決手段】  電子回路用基板１２のスルーホール１０の導通処理を含む半導体パッケージの製造方法において、上記スルーホール１０の導通処理が、ボールボンダーによって該スルーホール１０内に導体を圧入する工程と、該圧入された導体の露出頭部をコイニングして平坦化する工程とを含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路用基板のスルーホールの導通処理を含む半導体パッケージの製造方法において、
上記スルーホールの導通処理が、ボールボンダーによって該スルーホール内に導体を圧入する工程と、該圧入された導体の露出頭部をコイニングして平坦化する工程とを含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、上記圧入を１回行なうことにより、上記スルーホールの全長に上記導体を充填することを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【請求項３】
請求項１において、上記圧入を上記スルーホールの両端から各々少なくとも１回行なうことにより、上記スルーホールの全長に上記導体を充填することを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【請求項４】
請求項１において、上記スルーホールをテーパ付きで形成し、該スルーホールの大径側端部から上記圧入を行なうことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【請求項５】
請求項１において、上記圧入を上記スルーホールの一端のみから複数回行なうことにより、上記スルーホールの全長に上記導体を充填することを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【請求項６】
請求項１において、上記圧入を上記スルーホールの一端から行なって該スルーホールの該一端から途中まで上記導体を充填した後、該スルーホールの他端からめっきを行なうことにより、該スルーホールの全長に該導体を充填することを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項において、上記圧入した導体の露出頭部をボールボンダーのキャピラリでコイニングすることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路用基板のスルーホールの導通処理を含む半導体パッケージの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、多種多様な半導体パッケージが用いられており、その基本構造体となる電子回路用基板としても、半導体回路を形成したＳｉその他の半導体ウェハあるいはチップを初めとして、Ｓｉインターポーザー、ガラス基板、セラミックス基板、樹脂基板（プリント基板、フィルム他）など、多種多様な基板が用いられている。
【０００３】
半導体パッケージの製造には、上記のような電子回路用基板を貫通して設けられたスルーホールの導通処理が高頻度で行なわれ、その品質と効率が半導体パッケージの性能や耐久性およびコストにとって非常に重要な意味を持つ。
【０００４】
従来、スルーホールの導通処理は電解めっきや導電性ペースト充填により行なわれてきた。例えば特許文献１には、電解めっきによるスルーホールの導通処理が記載されている。しかし、電解めっきによる導通処理は、スルーホールの位置によってめっき充填状態が不均一になり、スルーホール端部のめっき表面に凹凸ができ、内部にボイドが残留し易いといった品質上の問題に加えて、めっき時間が長く、湿式処理なので保守・管理が煩雑であり、処理工程が前処理、マスキング、マスク剥離等を必要とし煩雑である、といった効率上の問題もあった。導電性ペーストの充填にも類似の問題があった。
【０００５】
スルーホールを介して基板両面間の導通を行なう他の方法として、特許文献２に記載された方法では、ワイヤボンディングツールのキャピラリを基板のスルーホール内に挿入して下地の電極にワイヤボンディングを行ない、スルーホールを通して金ワイヤを引き出して導通を取る。
【０００６】
しかしこの方法は、スルーホール底面を構成する下地の電極を必要とするので、そのような構造を取る特定の場合に限定されるため、一般的な両端開口したスルーホールには適用できない。更に、スルーホール内にワイヤボンディングツールのキャピラリを挿入できることが前提なので、キャピラリ先端の太さが制限され、あるいはスルーホールが大径の場合に限定されるので、微細なスルーホールを必要とする半導体パッケージの小型化には適合しない。
【０００７】
また、特許文献３には、半導体素子と、その電極のスルーホールの位置に突起を有する配線基板とを位置合わせし、上記の突起電極をスルーホールに挿入して接続することによりスルーホールを導通処理する半導体パッケージの製造方法が示されている。
【０００８】
しかしこの方法は、フリップチップ実装を行なうための方法であり、半導体素子の電極のスルーホールの位置に突起を有する配線基板を必要とし、かつ半導体素子と配線基板とを一括積層するため、任意の位置のスルーホールを個々に導通処理することはできない。
【０００９】
【特許文献１】特開平１−２５８４５７号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開２００１−３０８１２２号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開２０００−２８６３０４号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記従来技術の問題を解消して、特定の構造に制限されること無く、導通処理の対象とする任意のスルーホール全てについて均一な導通処理を行なうことができ、表面の凹凸や内部のボイドが発生することなく、既存設備を活用して簡便かつ短時間で低コストの導通処理を可能とした半導体パッケージの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、電子回路用基板のスルーホールの導通処理を含む半導体パッケージの製造方法において、
上記スルーホールの導通処理が、ボールボンダーによって該スルーホール内に導体を圧入する工程と、該圧入された導体の露出頭部をコイニングして平坦化する工程とを含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
既存のボールボンダーを用いて、通常のワイヤボンディングと基本的に同じ作動によりスルーホールに導体を圧入した後、圧入された導体の露出頭部をコイニングして平坦化するので、構造的な制限を受けず、必要な任意のスルーホールを個々に且つ全体として均一に、表面の凹凸や内部のボイドを発生させることなく、迅速に導通処理することができる。なお、「ボールボンダー」は、半導体チップとパッケージとをワイヤで接続するための一般的なワイヤボンダーと基本的に同じ構造である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
最も単純な基本形態としては、ボールボンダーによりスルーホールのいずれか一端から圧入を１回行なうことにより、スルーホールの全長に導体を充填する。この形態は、スルーホール長／スルーホール径の比（アスペクト比）が小さい場合に可能である。
【００１４】
一端からの圧入で他端まで十分に充填できない場合は、圧入をスルーホールの両端から各々少なくとも１回行なうことにより、スルーホールの全長に導体を充填する。この形態は、スルーホールのアスペクト比が大きくなると必要になる。
【００１５】
別の形態として、スルーホールをテーパ付きで形成し、その大径側端部から圧入を行なうと、スルーホールのアスペクト比が比較的大きくなっても、あるいは、同じアスペクト比なら少ない圧入回数で、スルーホールの全長に導体を充填できる。
【００１６】
また、別の望ましい形態として、圧入をスルーホールの一端のみから複数回行なうことにより、上記スルーホールの全長に上記導体を充填する。基板を裏返して再セットする必要なく効率的に導通処理が行なえる。
【００１７】
従来のめっきによる導通処理との併用形態として、圧入をスルーホールの一端から行なってスルーホールの一端から途中まで導体を充填した後、スルーホールの他端からめっきを行なうことにより、スルーホールの全長に導体を充填することもできる。この場合も、スルーホール全長をめっきで充填する場合に比べて大幅に時間を短縮できるし、内部のボイド発生も低減できる。スルーホール頭部の平坦性を特に必要とする側に本発明を適用し、平坦性を余り必要としない反対側にめっきを適用することができる。
【実施例】
【００１８】
〔実施例１〕
図１を参照して本発明の基本形態による実施例を説明する。
【００１９】
図１（１）に示すように、スルーホール１０を有する基板１２を冶具１４上に置き、ボールボンダーのキャピラリ１６から供給される金等の導体ワイヤ１８の先端に導体ボール２０を形成した状態で矢印Ｆのように降下させる。
【００２０】
図１（２）に、キャピラリ１６の先端で基板１２のスルーホール１０内に導体ボール２０を圧入した後、キャピラリ１６を上昇させて導体ワイヤ１８を先端部で切断した状態を示す。これら圧入・切断は、基板１２を加熱保持し、超音波を印加して行なった。上記キャピラリ１６の動作自体は、通常のワイヤボンディングの動作と同じである。スルーホール１０内に充填導体２０Ａの露出頭部には、導体ワイヤ１８の切断部が図示のように突起を形成する。本実施例では、１回の圧入によりスルーホール１０の全長に導体２０Ａが充填されている。
【００２１】
次いで図１（３）に示すように、コイニングツール２２で充填導体２０Ａの露出頭部をコイニングして平坦にする。キャピラリ１６をコイニングツール２２として兼用することもできる。
【００２２】
最後に基板１２を取り外せば、スルーホール１０の全長に導体２０Ａを充填した状態が得られる。
【００２３】
本実施例は１回の圧入でスルーホール全長に導体を充填する。典型例としてスルーホール径６０μｍ、深さ５０μｍの場合、基板温度１５０℃、超音波出力６２．５ｋＨｚ、振幅５μｍの場合、望ましい条件範囲は下記のとおりである。
【００２４】
超音波印加時間   ：１０〜５０ｍｓ
圧入力           ：２０〜２５０ｇ
ワイヤ材質       ：Ａｕ、Ｃｕ
ワイヤ線径       ：φ１５〜５０μｍ
先端ボール径     ：φ２０〜１５０μｍ
なお上記条件で複数回の圧入を行なえば、スルーホール径φ５０〜７０μｍ、スルーホール深さ３０〜３００μｍの導通処理を行なうことができる。
【００２５】
１回の圧入による具体例として、導体ワイヤとして金（Ａｕ）ワイヤを用いてＳｉ基板のスルーホールを導通処理した場合、下記の条件で良好な充填を行なうことができた。
【００２６】
スルーホール径   ：６０μｍ
スルーホール深さ ：５０μｍ（＝基板厚さ）
基板温度         ：１５０℃
超音波印加時間   ：３０ｍｓ
超音波出力       ：周波数６２．５ｋＨｚ、振幅５μｍ
圧入力           ：４０ｇ
金ワイヤ径       ：２５μｍ
金ボール径       ：８０μｍ
【００２７】
〔実施例２〕
図２を参照して、圧入をスルーホールの両端から行なう形態の実施例を説明する。
【００２８】
図２（１）に示すように、スルーホール１０を有する基板１２を冶具１４上に置き、ボールボンダーのキャピラリ１６から供給される金等の導体ワイヤ１８の先端に導体ボール２０を形成した状態で矢印Ｆのように降下させる。
【００２９】
図２（２）に示すように、キャピラリ１６の先端で基板１２のスルーホール１０内に導体ボール２０を圧入した後、キャピラリ１６を上昇させて導体ワイヤ１８を先端部で切断する。これら圧入・切断は、基板１２を加熱保持し、超音波を印加して行なった。上記キャピラリ１６の動作自体は、通常のワイヤボンディングの動作と同じである。スルーホール１０内に充填導体２０Ａの露出頭部には、導体ワイヤ１８の切断部が図示のように突起を形成する。本実施例では、１回の圧入によりスルーホール１０の上端から全長の半ばまで導体２０が充填され、それより深い領域は未充填の空間として残留している。
【００３０】
なお、２０Ｒは充填導体２０Ａの露出頭部の周囲のバリであり、エアブローにより除去する状態を示す。実施例１の図１ではバリは図示していないが単に省略しただけであり本実施例と同様に発生し除去される。
【００３１】
次いで図２（３）に示すように、コイニングツール２２で充填導体２０Ａの露出頭部をコイニングして平坦にする。キャピラリ１６をコイニングツール２２として兼用することもできる。
【００３２】
次に図２（４）に示すように、基板１２を裏返しにして冶具１４上に置きなおし、図２（１）と同様の操作によりスルーホール１０の反対側端部から導体ボール２０を圧入する。
【００３３】
これにより、図２（５）に示すように、スルーホール１０の残留部に導体２０Ｂが充填され、スルーホール１０の全長に導体２０Ａ、２０Ｂが充填された状態になる。
【００３４】
次いで図２(６)に示すように、図２（３）と同様の操作により充填導体２０Ｂの露出頭部をコイニングにより平坦化する。
【００３５】
これにより、図２（７）に示すように、導体２０Ａと導体２０Ｂとが一体に合体した状態でスルーホール１０の全長に充填された状態が得られる。本実施形態によれば、例えば実施例１の２倍の厚さ１００μｍのＳｉ基板に設けた、実施例１と同じ直径φ６０μｍのスルーホールに対して良好に導通処理が行なえる。
【００３６】
得られた一体の充填導体２０Ａ＋２０Ｂは図示のようにリベット構造となり、機械的負荷に対しても特に高い信頼性が得られる。
【００３７】
〔実施例３〕
図３を参照して、スルーホールにテーパを付けた実施形態の実施例を説明する。
【００３８】
図示したように、テーパ付きスルーホール１０Ｔの大径側（図中の上側）から圧入すると、実施例２と同様な深さ１００μｍのスルーホール１０Ｔを１回の圧入で全長にわたって導体２０Ａで充填することができる。この形態によれば、大径側から小径側（図中の下向き方向）へは導体２０Ａが抜けにくくなり、それだけ信頼性が高まる。
【００３９】
〔実施例４〕
図４を参照して、スルーホールの一端から複数回圧入する形態の実施例を説明する。
【００４０】
図４（１）〜図４（２）に示すように、実施例２の図２（１）〜図２（２）と同様な操作により、スルーホール１０の上端から全長の半ばまで導体Ａを充填する。バリ２０Ｒも同様に除去する。
【００４１】
次いで図４（３）に示すように、図４(１)と同様な操作により、充填導体２０Ａの上から更に導体ボール２０の圧入を行なう。
【００４２】
図４（４）は上記２回目の圧入により、スルーホール１０の全長に導体２０ＡＢが充填された状態を示す。
【００４３】
次いで図４（５）に示すように、コイニングツール２２でコイニングして充填導体２０ＡＢの露出頭部を平坦化する。
【００４４】
最後に図４（６）に示すように、冶具１４から基板１２を取り外せば、スルーホール１０の全長に導体２０ＡＢが充填された状態が得られる。
【００４５】
スルーホール一端から複数回圧入する具体例として、導体ワイヤとして金（Ａｕ）ワイヤを用いて厚さ１００μｍの比較的厚いＳｉ基板のスルーホールを導通処理を、下記条件にて３回の圧入により良好に行なうことができた。
【００４６】
スルーホール径   ：６０μｍ
スルーホール深さ ：１００μｍ
超音波印加時間   ：３０ｍｓ
超音波出力       ：周波数６２．５ｋＨｚ、振幅５μｍ
圧入力           ：４０ｇ
ワイヤ径         ：φ２５μｍ
先端ボール径     ：φ８０μｍ
【００４７】
〔実施例５〕
図５を参照して、一端から圧入し、残留空間をめっきで充填する形態の実施例を説明する。
【００４８】
図５（１）に示すように、スルーホール１０を設けたＳｉ基板１２を８００〜１１００℃で熱処理して熱酸化膜Ｈを形成する。
【００４９】
次に図５（２）に示すように、基板１２の上面側の熱酸化膜Ｈ上にスパッタによりシード層２４を形成する。シード層は例えばＣｒ／Ｃｕスパッタ、Ｔｉ／Ｃｕ（Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｕ）スパッタにより０．５Ｐａ、ＤＣ１００Ｖにて形成する。
【００５０】
次に図５（３）に示すように、シード層２４上にＤＦＲの貼り付けとフォトリソグラフィーにより耐めっきマスク２６を形成する。
【００５１】
次に図５（４）に示すように、ボールボンダーにより金２０Ａを圧入して、スルーホール１０の上端から全長の半ばまで充填する。
【００５２】
次に図５（５）に示すように、コイニングツール２２によりコイニングして充填金２０Ａの露出頭部を平坦化する。
【００５３】
次に図５（６）に示すように、電解金めっきによりスルーホール１０の残部を充填金２０Ｃで充填する。
【００５４】
最後に図５（７）に示すように、ＤＦＲマスク２６を剥離して除去する。これにより、スルーホール１０は、一端からの圧入による充填金２０Ａと他端からのめっきによる充填金２０Ｃとにより全長に渡って充填された状態が得られる。
【００５５】
本実施例によれば、スルーホール全長をめっきで充填する場合に比べて導通処理時間を短縮できる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によれば、上記従来技術の問題を解消して、特定の構造に制限されること無く、導通処理の対象とする任意のスルーホール全てについて均一な導通処理を行なうことができ、表面の凹凸や内部のボイドが発生することなく、既存設備を活用して簡便かつ短時間で低コストの導通処理を可能とした半導体パッケージの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、本発明の最も単純な形態であるスルーホール一端から１回の圧入によりスルーホール全長に導体を充填する導通処理の工程例を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明によりスルーホールの両端から圧入する導通処理の工程例を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明によりテーパ付きスルーホールを用いた例を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明によりスルーホールの一端から複数回圧入する導通処理の工程例を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明によりスルーホールの一端から圧入により導体充填し、他端からめっきにより導体充填する導通処理の工程例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０…スルーホール
１０Ｔ…テーパ付きスルーホール
１２…基板
１４…冶具
１６…ボールボンダーのキャピラリ
１８…金等の導体ワイヤ
２０…導体ボール
２０Ａ、２０Ｂ、２０ＡＢ、２０Ｃ…充填導体
２０Ｒ…バリ
２２…コイニングツール
２４…シード層
２６…耐めっきマスク
【図１】
2005353726.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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